(57)【要約】【課題】多層基板に配される発熱部品からの、ＴＣＸＯなどの被保護部品への熱の伝搬を緩やかにする。【解決手段】多層基板１００において発熱部品であるＲＦ用パワーアンプ１３０と被保護部品であるＴＣＸＯ１２０とが配される領域をベタＧＮＤ層１０４以外の層でその領域を溝で隔て、ＲＦ用パワーアンプ１３０とＴＣＸＯ１２０間に多数のビアを設ける。ビア１４０は熱伝導性の高い部品を用いて、ベタＧＮＤ層１０４に電気的に接地されている。当該ビア１４０を介してＲＦ用パワーアンプ１３０から発生して伝搬してきた熱が速やかにベタＧＮＤ層１０４に伝搬されるので、被保護部品であるＴＣＸＯ１２０への熱の伝搬を遅延させて、ＴＣＸＯ１２０における急激な温度変化を抑制する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱部品と、被保護部品とが配された多層基板であって、
前記多層基板は、接地層を含み、
前記発熱部品と、前記被保護部品とは、前記接地層の一方の面側に積層された複数の層のいずれかの層に配されており、
前記複数の層のうちの少なくとも１以上の層には、前記発熱部品と前記被保護部品との間に形成された１以上の溝と、当該溝の近傍において、前記接地層から最も離れた層から前記接地層まで熱が伝搬されるように各層間を接続する熱伝導性部材により形成された接続部とが形成されている
ことを特徴とする多層基板。
【請求項２】
前記接続部は、ビアである
ことを特徴とする請求項１記載の多層基板。
【請求項３】
前記接続部は、前記溝に沿って複数形成されている
ことを特徴とする請求項１記載の多層基板。
【請求項４】
前記接続部は、前記複数の層において、前記接地層から最も離れた層から前記接地層まで貫通して形成されている
ことを特徴とする請求項３記載の多層基板。
【請求項５】
前記溝は２つ形成されており、前記接続部は、当該２つの溝に挟まれた前記複数層部分に形成されている
ことを特徴とする請求項３記載の多層基板。
【請求項６】
前記発熱部品及び前記被保護部品は、前記複数の層のうち前記接地層から最も離れた層に配されている
ことを特徴とする請求項１記載の多層基板。
【請求項７】
前記溝が、前記接地層から最も離れた層のみに形成されている
ことを特徴とする請求項１記載の多層基板。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の多層基板を備えた携帯通信機器であって、
前記発熱部品は、ＲＦ用パワーアンプであり、
前記被保護部品は、水晶発振子である
ことを特徴とする携帯通信機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は多層基板に関し、特に発熱部品からの熱の伝搬速度の低減に関する。
【背景技術】
【０００２】
多層基板において、多層基板に配されるパワーアンプ等の発熱部品から他の部品への熱の伝搬は往々にして問題になることがあり、熱の伝搬を低減する研究が多々なされている。例えば、ＴＣＸＯ（Temperature Compensated Crystal Oscillator）などは、急激な温度変化に対する耐性が低く、急激な温度変化の影響を受けると発振するクロックの周波数が乱れてしまい、ＴＣＸＯが通信機器等に配されていた場合には、通信を安定して実行できなくなるという問題が発生する。殊に携帯電話機などの小型の端末においては、発熱部品とＴＣＸＯとの配置間隔距離がどうしても短くなってしまうため、熱の伝搬は顕著なものとなってしまうので、ＴＣＸＯにおける急激な温度変化への対処は重要な課題となってくる。
【０００３】
そこで、当該多層基板において、ＴＣＸＯの周りに溝を設けることで、熱の伝搬を遅延させる手法がある（図８参照）。図８は、紙面上側に多層基板の平面図を、紙面下側に多層基板をD-D’線で分断したときの断面図を示している。図８に示すように、多層基板は第１層１０１、第２層１０２、第３層１０３、第４層１０４と、各層の間に挟まれる誘電体層１１１、１１２、１１３により形成される。また、発熱部品であるＲＦ用パワーアンプ１３０と、ＴＣＸＯ１２０を隔てるように溝１５２が形成されており、熱は接地層を介してのみ伝わっていくことになるので、溝１５２がない状態に比して、熱の伝搬速度を低減できる。
【０００４】
また、特許文献１には、局所的な温度上昇を防止することができる積層基板が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−９６００９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記に示した構成では、未だ熱の伝搬に対応しきれず、溝を超えて熱が伝搬し、ＴＣＸＯの温度が急激に変化してしまい、ＴＣＸＯの発するクロックの周波数が乱れてしまうことがある。
そこで、本発明は上記問題を鑑みてなされたものであり、従来よりも、ＴＣＸＯ等の急激な温度変化への耐性の低い部品への発熱部品からの熱の伝搬が緩やかになる多層基板、及び当該多層基板を用いた携帯通信機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明は、発熱部品と、被保護部品とが配された多層基板であって、前記多層基板は、接地層を含み、前記発熱部品と、前記被保護部品とは、前記接地層の一方の面側に積層された複数の層のいずれかの層に配されており、前記複数の層のうちの少なくとも１以上の層には、前記発熱部品と前記被保護部品との間に形成された１以上の溝と、当該溝の近傍において、前記接地層から最も離れた層から前記接地層まで熱が伝搬されるように各層間を接続する熱伝導性部材により形成された接続部とが形成されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
上述のような構成によって、接地層（以下、ベタＧＮＤ層と記載する）以外の層のいずれかの層について、発熱部品と被保護部品との間に溝を設けることで熱の伝搬を抑制することができ、かつ、熱伝導性を有する接続部を通して、発熱部品からの熱が速やかにベタＧＮＤ層に伝搬されることにより、被保護部品への熱の伝搬速度を更に緩めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る多層基板１００の平面図と断面図である。
【図２】本発明に係る多層基板１００における領域を説明するための平面図である。
【図３】多層基板１００の第２層及び第３層の平面図である。
【図４】多層基板１００のベタＧＮＤ層である第４層の平面図である。
【図５】実施の形態１変形例における多層基板の平面図及び断面図の一例である。
【図６】実施の形態１変形例における多層基板の平面図及び断面図の一例である。
【図７】ビアの配置例を示した断面図である。
【図８】従来の多層基板の一例を示した平面図及び断面図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【００１０】
以下、本発明の一実施形態である多層基板について図面を用いて説明する。
＜構成＞
図１は、本発明に係る多層基板１００の平面図及び当該多層基板１００をA-A’線で分断した場合の断面図を示している。紙面上側が平面図であり、下側が断面図である。なお、当該断面図において、溝部分では、本来多層基板の各層がその奥に見えるが、ここでは、図面を見やすくするために図示していない。
【００１１】
図１の断面図に示すように多層基板１００は、第１層１０１、第２層１０２、第３層１０３、第４層であるベタＧＮＤ層１０４と、各層の間に挟まれている誘電体層１１１、１１２、１１３により構成されている。基本的に、第１層１０１、第２層１０２及び第３層１０３は金属層であり、図面上では一面に配されるような形で図示しているが、実際には一面が金属になるのではなく、各部品間を接続する線路を配すべき部分に金属膜が箔押しされる。第１層１０１、第２層１０２、第３層１０３は、部品配置層、配線層、電源層などとして用いられる。ベタＧＮＤ層１０４も金属層であり、その名の通り接地層として用いられる。
【００１２】
第１層１０１、第２層１０２、第３層１０３、ベタＧＮＤ層１０４は、導電性の高い金属箔により構成され、例えば、銅が用いられる。また、誘電体層１１１、１１２、１１３は、絶縁性の熱伝導性の低い樹脂により構成され、例えば、ガラスエポキシが用いられる。
図１の平面図に示すように、表層である第１層１０１には、熱の伝搬が抑制されるべき被保護部品であるＴＣＸＯ１２０と、発熱性の部品であるＲＦ（Radio Frequency）用パワーアンプ１３０とが配されている。ＴＣＸＯ１２０とＲＦ用パワーアンプ１３０との間には、第１溝部１５１と第２溝部１５２の二つの溝が設けられており、当該二つの溝の間には多数のビアが配されている。なお、図３には、第２層１０２、第３層１０３の平面図を、図４には、ベタＧＮＤ層１０４の平面図を図示した。
【００１３】
ここで、本明細書において用いる用語について、図２を参照しながら説明しておく。
本明細書では、ＲＦ用パワーアンプ１３０が配されている領域を第１領域２０１と呼称する。図２においては、第１領域２０１は斜線部分で示している。なお、ＲＦ用パワーアンプ１３０には斜線を施していないが、ＲＦ用パワーアンプ１３０が配されている部分も第１領域２０１に含む。
【００１４】
そして、ビアが配されている領域を第２領域２０２と呼称する。図２においては、第２領域２０２は点描で示している。なお、図２においては図面を見やすくするためにビアは図示していないが図１に示す平面図の位置に配されているものとする。
最後にＴＣＸＯ１２０が配されている領域を第３領域２０３と呼称する。図２においては、第３領域２０３は格子模様で示している。なお、ＴＣＸＯ１２０には格子模様を施していないが、ＴＣＸＯ１２０が配されている部分も第３領域２０３に含む。
【００１５】
第１領域２０１と第２領域２０２は第１溝部１５１によって物理的に隔てられ、そして第２領域２０２と第３領域２０３は第２溝部１５２によって物理的に隔てられている。第１溝部１５１によって第１領域２０１から第２領域２０２への熱の伝搬が抑制され、第２溝部１５２によって第２領域２０２から第３領域２０３への熱の伝搬が抑制される。
また、第１領域２０１と第３領域２０３の間に配される第２領域２０２には、図１の平面図に示すように、多数のビア１４０が配されている。当該ビア１４０は、部品間を接続する線路ではなく、ただ、熱をベタＧＮＤ層１０４に伝搬させるためのものである。よって、ビア１４０は、熱を逃がしやすくするために、図１の断面図に示すように、ベタＧＮＤ層１０４まで貫通させて形成されている。
【００１６】
ビア１４０は、熱伝導性の高い金属、例えば銅ペーストにより構成され、ベタＧＮＤ層１０４に電気的にも接地させている。これにより、第２領域２０２の金属とビア１４０の電位をベタＧＮＤ層１０４と同電位とすることができ、携帯電話機などの無線通信機器における無線通信の安定性が増す。
なお、本実施の形態においては、図面上では、その他の部品や正確な配線等については、図示していない。但し第３領域２０３には、当然のことながら発熱性の部品は配置しない。また、図１において、ビアについて図面を見やすくするために全てのビアから符号に対して引き出し線を図示しなかった。
【００１７】
以上が本発明に係る多層基板の構成である。上記構成の多層基板の構成によれば、発熱部品（ＲＦ用パワーアンプ）と被保護部品（ＴＣＸＯ）との間に二つの溝を構成し、間に熱伝導性の低い空気を挟むことによって、熱が伝搬するのを抑制している。更には、例え第１領域２０１から第２領域２０２へ、空気を伝って熱が伝搬されたとしても、第２領域２０２に設けられた熱伝導性の高いビアに熱が吸収され、ベタＧＮＤ層１０４に逃がされるので、更に被保護部品へ熱が伝搬しにくい構成となっており、被保護部品において、急激に温度が変化すること抑制できる。
＜補足＞
上記実施形態において、本発明の実施の手法について説明してきたが、本発明の実施形態がこれに限られないことは勿論である。以下、上記実施形態以外に本発明の思想として含まれる各種の変形例について説明する。
（１）上記実施の形態においては、多層基板を４層基板として説明したが、これは多層基板であれば、４層でなくともよく、例えば、３層あるいは６層などであってもよい。
（２）上記実施の形態において、被保護部品であるＴＣＸＯ１２０と、発熱部品であるＲＦ用パワーアンプ１３０とを共に第１層１０１に配することとした。これは、被保護部品と発熱部品とは、積層方向での熱の伝搬を考慮して、ベタＧＮＤ層１０４からなるべく遠くに配するのが望ましいためであるが、部品の配置スペースの関係等から、共に第１層に配することができない場合には、第２層、あるいは第３層などの基板の内部のいずれかの層（複数の層にまたがっていても良い）に配することとしてもよい。また、被保護部品と発熱部品とは同じ層に配さなくともよい。
（３）上記実施の形態において、ビア１４０に用いる熱伝導性の高い部材を、銅ペーストとしたが、これは熱伝導性が比較的高いとされる部材であって、導電性のものであればよく、例えば、ニッケルペーストなどであってもよい。
【００１８】
また、上記実施の形態では、各層を接続する熱伝導性の部材による接続部として、ビア１４０を用いたが、本発明において使用する接続部としてはビアに限定するものではなく、熱伝導性を有するものであれば、適宜他の部材を用いることができる。
また、第１層１０１などの金属層に用いる金属を銅としたが、これは導電性の部材であればよく、金などであってもよい。また、銅の場合には、耐食性を上げるために、その表面に金メッキあるいはニッケルメッキなどを施してもよい。
（４）上記実施の形態において、発熱部品として、ＲＦ用パワーアンプ１３０を例に説明したが、これは発熱するものであればよく、例えば、オーディオ用Ｄ級アンプ、ＣＰＵ、アプリケーションチップ、メモリ、ＬＣＤドライバのコントローラＩＣなどであってもよい。
（５）上記実施の形態において、被保護部品として、ＴＣＸＯ１２０を例に説明したが、これは急激な熱の変化に弱い部品、あるいは特性が変化する部品であればよく、例えば、ＸＯ（X’tal Oscillator）、ＶＣＸＯ（Voltage Controlled X’tal Oscillator）、ＶＣ−ＴＣＸＯ（Voltage Controlled - Temperature Compensated X’tal Oscillator）などであってもよい。その他にもＬＣＲ（コイル、コンデンサ、抵抗）を用いた発振回路なども温度特性によって定数が変化するので、発熱部品からの温度変化を防止したい部品となる。
（６）実施の形態１において、溝はＴＣＸＯ１２０を囲繞するように形成したが、これは必ずしもＴＣＸＯ１２０を囲繞しなくともよい。その他にも以下のように溝を配することとしてもよい。
【００１９】
例えば、図５、あるいは図６に示すように溝を配することとしてもよい。
図５は、実施の形態１に示した構成とは、第１溝部１５１と第２溝部１５２との構成位置を異にする多層基板２００の平面図と、多層基板２００をB-B’線で分断した場合の断面図を示している。図５に示すように第１溝部１５１と第２溝部１５２とは、ＴＣＸＯ１２０を囲繞するような四角形の形状をしておらず、直角状になっている。
【００２０】
図６は、実施の形態１あるいは図５に示す多層基板とは第１溝部１５１と第２溝部１５２との構成位置を異にする多層基板３００の平面図と、多層基板３００をC-C’線で分断した場合の断面図を示している。図６に示すように第１溝部１５１と第２溝部１５２とは、ＴＣＸＯ１２０を囲繞するような四角形の形状をしておらず、直線状になっている。
これらの形状であっても、第１溝部１５１と第２溝部１５２とは、ＴＣＸＯ１２０とＲＦ用パワーアンプ１３０とをベタＧＮＤ層１０４以外では物理的に接触していないように隔てることができ、熱の伝搬を抑制することができる。
（７）上記実施の形態において、ビア１４０は、第２領域２０２において、第１層１０１からベタＧＮＤ層１０４まで、一気に貫通させて形成することとした。しかし、これは最終的に発熱部品が配されている層から、ベタＧＮＤ層まで熱が伝搬されればよく、例えば、図７に示すように、ビアは、第１層１０１からベタＧＮＤ層１０４まで、貫通させずに、ずらして形成することとしてもよい。
（８）上記実施の形態において、被保護部品であるＴＣＸＯ１２０と発熱部品であるＲＦ用パワーアンプ１３０との間には、空隙（第１溝部１５１、第２溝部１５２）を設けたが、当該空隙を熱伝導性の低い部材であって、当該多層基板の使用目的に応じた部材（例えば、通信機器においては通信に影響が出ない部材、具体的にはガラスエキポシ、テフロン（登録商標）、アルミナ等基板を構成する部材）で埋めることによって、多層基板の耐久性（強度）を増すこととしてもよい。
（９）上記実施の形態において、最下層をベタＧＮＤ層として説明したが、更にその下に誘電体層と金属層を設けてもよい。
（１０）上記実施の形態において示した多層基板は例えば携帯電話機などの小型の携帯通信機器などに採用される。この場合、基板には、通信回路や、通信用のアンテナなどが配され、基板上に配される各回路は、ＴＣＸＯ１２０から出力されたクロックに基づいて動作する。また、通信回路は、ＴＣＸＯ１２０から出力されたクロックを分周などして、所望の周波数に近づけて通信を実行する。
（１１）上記実施の形態においては、特に記載しなかったが、ＴＣＸＯ１２０が発振するクロックを第１領域２０１に配した部品に供給する必要がある。そのため、ＴＣＸＯ１２０からのクロックの供給路については、溝を跨いで配線することとしてよいものとする。当該配線は、なるべく細くすることで、熱の伝搬の影響が出ないようにするとともに、当該配線の配置位置も発熱部品、被保護部品の両部品からなるべく遠くなるようにするのが望ましい。
（１２）上記実施の形態において、ビア１４０は、第２領域２０２に形成することとした。しかし、ビア１４０の役割は、熱をベタＧＮＤ層１４０に逃がすことにあり、ビア１４０は、配置スペースがあるならば、その他の領域、例えば第１領域２０１あるいは第３領域２０３にも形成することとしてもよい。
（１３）上記実施の形態において、第１溝部１５１と第２溝部１５２の２つの溝を設ける構成を示した。この溝の数は、２以外であってもよく、例えば１つあるいは３つであってもよい。なお、溝が一つの場合は、ビア１４０は、溝の近傍であって、溝を越えて伝搬した熱をベタＧＮＤ層１０４に逃がすためにＴＣＸＯ１２０側に配するのが望ましい。
（１４）上記実施の形態において、図１に示されるように、第１溝部１５１と第２溝部１５２とは、第１層１０１、第２層１０２、第３層１０３と、各層の間に挟まれている誘電体層１１１、１１２、１１３とを貫通して、ベタＧＮＤ層１０４に至っているが、これら第１溝部１５１と第２溝部１５２とのそれぞれは、このような構成に限定されるものではない。
【００２１】
つまり、第１溝部１５１と第２溝部１５２とのそれぞれの溝部において、第１層１０１からどの程度の深さまで溝が形成されているかは、適宜変更することができる。例えば第１溝部１５１と第２溝部１５２とのそれぞれについて、第１層１０１のみに形成されていても良いし、第１層１０１及び誘電体層１１１のみに形成されているとしても良いし、第１層１０１、誘電体層１１１、第２層１０２及び誘電体層１１２の途中まで形成されているとしても良い。また、第１溝部１５１と第２溝部１５２との溝の深さは一致している必要はなく、それぞれの溝の深さは別々であっても良い。
【００２２】
そして、一般に、第１溝部１５１と第２溝部１５２との溝の深さが浅い場合、多層基板の耐久性（強度）を増加させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明に係る多層基板は、ＴＣＸＯなどの急激な温度変化に対する耐性の低い部品と発熱部品とを一定以上離して配することができない携帯電話機などの小型機器において有用である。
【符号の説明】
【００２４】
１００、２００、３００  多層基板
１０１  第１層
１０２  第２層
１０３  第３層
１０４  ベタＧＮＤ層
１１１、１１２、１１３  誘電体層
１２０  ＴＣＸＯ
１３０  ＲＦ用パワーアンプ
１４０  ビア
１５１  第１溝部
１５２  第２溝部
２０１  第１領域
２０２  第２領域
２０３  第３領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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